貴州富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件與土壤元素地球化學(xué)特征

劉元生 劉方 陳祖擁 朱健 卜通達(dá)

摘 要：通過對貴州不同區(qū)域典型茶園進(jìn)行野外調(diào)查，在每個(gè)茶葉主產(chǎn)區(qū)選擇代表性的茶園進(jìn)行土壤剖面樣品采集，探討貴州富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件與土壤元素地球化學(xué)特征。結(jié)果表明：貴州茶葉主產(chǎn)區(qū)成土母巖及土壤中主要元素含量水平存在明顯的區(qū)域差異，富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)成土母巖中S、Ca、Fe、P、Mo含量均明顯高于非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)，其次是Zn、Se、Cu;而對應(yīng)土壤中Mo、Cu、Mn、Zn、Fe、Ca含量均顯著大于非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)，其次是Se、Mg、P、S、Al。成土母巖的Zn、Se含量直接影響茶園土壤中Zn、Se的含量水平，土壤Zn、Se含量還受其他元素含量的影響，土壤Zn含量與Al、Fe、Ca、Mg、Mn、Mo含量之間達(dá)到極顯著正相關(guān)，而土壤Se含量與Al、Fe、Cu、Mg、P、S含量存在極顯著正相關(guān)。貴州境內(nèi)富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件與土壤元素地球化學(xué)組成存在明顯的空間異質(zhì)性。

關(guān)鍵詞：富鋅硒茶;地質(zhì)環(huán)境條件;土壤元素組成;地球化學(xué)特征

中圖分類號(hào)：S153.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

茶葉是貴州省重要的生態(tài)產(chǎn)業(yè)，至2020年茶葉種植面積達(dá)49.0萬hm2，在全省9個(gè)市區(qū)均有茶園分布。目前貴州省已形成優(yōu)質(zhì)茶生產(chǎn)和富硒茶生產(chǎn)并舉的區(qū)域特色茶葉產(chǎn)業(yè)，例如，“開陽富硒茶”、“鳳岡富鋅硒茶”、“丹寨硒茶”、“水城春富硒茶”、“夜郎富硒茶”等品牌產(chǎn)品[1-2]。地質(zhì)環(huán)境條件是影響茶葉品質(zhì)的主要因素，富鋅硒茶的出現(xiàn)與產(chǎn)地土壤Zn、Se含量水平有密切的關(guān)聯(lián)性[3]。貴州省富硒土壤（大于0.4 mg/kg）有廣泛分布，天然富硒茶資源面廣、量大。據(jù)貴州省茶科所對全省21個(gè)縣市的40家茶場的茶樣進(jìn)行檢測分析[2]，茶葉Se含量范圍為0.403～4.107 mg/kg（平均值1.082 mg/kg），富硒茶分布地域主要在普安、水城、六枝、沿河、鳳岡、湄潭、開陽、丹寨、都勻等縣市。任明強(qiáng)等對普安縣優(yōu)質(zhì)茶葉及產(chǎn)地土壤環(huán)境進(jìn)行調(diào)查[4]，普安茶場的春茶中Se元素含量為0.28～0.33 mg/kg，達(dá)國家富硒茶標(biāo)準(zhǔn)，茶園多分布于二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M地層之上，茶園土壤Se含量達(dá)0.59～3.07 mg/kg。劉義等調(diào)查貴州鳳岡縣田壩村茶園土壤Se含量范圍為0.45～1.97 mg/kg，茶園土壤屬富硒土壤，成土母質(zhì)為寒武系高臺(tái)組、金頂山組地層中的粉砂巖風(fēng)化物[5]。從目前我國茶園土壤和茶葉中Zn、Se含量的調(diào)查結(jié)果來看，茶園土壤Zn、Se含量與茶葉Zn、Se含量之間存在顯著的相關(guān)性[6-11]。不同茶葉產(chǎn)地巖性變化及土壤地球化學(xué)元素組成的差異性是影響茶葉Zn、Se含量水平的主導(dǎo)因素，從地層分布、巖性組合、巖石地球化學(xué)及土壤地球化學(xué)等角度出發(fā)，研究貴州茶葉主產(chǎn)區(qū)的基巖、土壤、茶葉中的無機(jī)元素的含量及空間分布規(guī)律，分析富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)的土壤元素地球化學(xué)特點(diǎn)，有利于打造規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、高效化的富鋅硒茶生產(chǎn)基地[12-17]。因此，本文通過對貴州境內(nèi)主要富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)土壤進(jìn)行實(shí)地調(diào)查及采樣分析，探討富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)巖石和土壤元素地球化學(xué)特征及其關(guān)聯(lián)性，為貴州富鋅硒茶的規(guī)?；N植及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 調(diào)查區(qū)概況及樣品采集

1.1 調(diào)查區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

貴州省位于云貴高原東部，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫為15.3 ℃，年降雨量為 1 100～1 200 mm;境內(nèi)地形起伏較大，主要以山地、丘陵分布為主，一般海拔在600～1 800 m。貴州地層發(fā)育齊全，從前震旦系到第三系及第四系均有分布，東部為前震旦系淺變質(zhì)巖，東北部為下古生代及中生代碳酸巖及碎屑巖，南部為上古生代碳酸鹽巖，西部為碎屑巖、玄武巖及碳酸鹽巖，西北部為紫紅色碎屑巖，西南部為碳酸鹽巖及碎屑巖，在山麓地貌低凹部位及河流階地有第四系松散堆積層[1]。境內(nèi)碳酸鹽巖分布面積占全省國土面積的61.9%，而淺變質(zhì)巖區(qū)域占12.4%，碎屑巖區(qū)域占23.4%，火成巖區(qū)域占2.3%，形成了特殊的喀斯特地質(zhì)環(huán)境。區(qū)內(nèi)土壤類型主要有紅壤、黃壤、黃棕壤、石灰土和紫色土，其中，黃壤分布面積最廣，其次為石灰土，茶葉種植主要在黃壤區(qū)域。

1.2 巖石及土壤樣品采集

在收集貴州省各茶葉主產(chǎn)區(qū)地質(zhì)、土壤和茶產(chǎn)品等資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合各區(qū)域典型茶園的野外調(diào)查，在每個(gè)茶葉主要產(chǎn)區(qū)選擇代表性的茶園進(jìn)行土壤剖面挖掘，土壤剖面點(diǎn)設(shè)置綜合考慮茶園土層厚度、種植年限和茶葉品種等條件相對一致，每個(gè)土壤剖面按發(fā)生層分A、B、C 3層及母巖采集。一共采集了18個(gè)土壤剖面54個(gè)土壤樣品以及18個(gè)巖石樣品，具體采樣點(diǎn)分布見表1。

1.3 樣品測定方法

巖石和土壤元素含量測定采用四酸（HNO3、HClO4、HF和HCl）混合體系進(jìn)行消解，定容后，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 （ICP-AES）測定溶液中元素含量，并換算成相應(yīng)的巖石和土壤中元素含量（Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se ）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用DPS軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行聚類分析及相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州主要產(chǎn)茶區(qū)地層及巖性組合特點(diǎn)

貴州省地殼結(jié)構(gòu)主要以碎屑沉積和碳酸鹽沉積為主，全省的地層及巖性分布具有明顯的地域性。對貴州茶葉主產(chǎn)區(qū)地層分布及巖性組合統(tǒng)計(jì)分析列于表1。

貴州茶葉主產(chǎn)區(qū)出露的地層從老到新依次有震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系和第四系。從整體來看，貴州省不同茶葉主產(chǎn)區(qū)巖性組合呈現(xiàn)多樣化的特征，可以分為碎屑巖區(qū)、碎屑巖夾碳酸鹽巖區(qū)、變質(zhì)巖區(qū)，其中碎屑巖夾碳酸鹽巖區(qū)的茶園面積較大（表1）。從貴州富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件來看，普安縣富硒優(yōu)質(zhì)茶產(chǎn)區(qū)主要出露二疊系龍?zhí)督M地層（巖性以粘土巖或泥巖、頁巖、砂巖夾煤層為主）以及三疊系飛仙關(guān)組（巖性為紫紅色砂巖）、三疊系永寧鎮(zhèn)組及關(guān)嶺組地層（巖性為石灰?guī)r、白云巖），有少量二疊系峨眉山玄武巖組地層出露（巖性為拉斑玄武巖）[4]。鳳岡縣“黔北富鋅硒優(yōu)質(zhì)綠茶產(chǎn)業(yè)帶”地處烏江北岸大婁山南麓富鋅富硒地帶，主要出露寒武系高臺(tái)組地層（巖性為淺灰色泥質(zhì)粉砂巖）、清虛洞組地層（巖性為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r）、金頂山組地層（巖性為綠色薄層粉砂巖）[5]。開陽縣富硒茶產(chǎn)區(qū)主要出露寒武系明心寺組、清虛洞組地層（巖性為頁巖、砂頁巖、石灰?guī)r、白云巖）、二疊系棲霞組和茅口組地層（巖性為砂巖、頁巖、砂頁巖，夾煤層）[13]。可見，貴州境內(nèi)分布的富硒地層、巖性組合和土壤資源具有明顯的空間異質(zhì)性，特別是二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M地層上的土壤Se含量呈高背景分布，該地層在貴州省分布面積較大，為貴州省富硒茶生產(chǎn)提供了良好的地質(zhì)環(huán)境。

2.2 貴州富鋅硒茶區(qū)成土母巖及土壤主要元素的地球化學(xué)特征

調(diào)查區(qū)茶園分布于不同地層碎屑巖類及變質(zhì)巖類風(fēng)化物形成的土壤上，本研究重點(diǎn)對影響茶樹生長及品質(zhì)的Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se 等13種礦質(zhì)元素含量水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為了深入探究貴州省富鋅硒茶園土壤元素的地球化學(xué)特點(diǎn)，先以土壤Zn、Se含量水平對調(diào)查區(qū)采集的18個(gè)茶園土壤剖面（分A、B、C層）的54個(gè)土壤樣本進(jìn)行聚類分析，在分成兩大類（富鋅硒區(qū)、非富鋅硒區(qū)）的基礎(chǔ)上再進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2、表3、表4。

通過對貴州6大茶葉主產(chǎn)區(qū)土壤采樣點(diǎn)對應(yīng)的成土母巖中主要元素（Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se）含量的分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表2），富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)母巖中S、Ca、Fe、P、Mo含量均明顯高于非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)，其平均含量分別是非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)成土母巖的6.00倍、3.60倍、2.55倍、2.22倍和1.97倍;其次是Zn、Se、Cu，其平均含量分別是非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)成土母巖的1.75倍、1.68倍和1.19倍;但富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)成土母巖中Mn、K含量明顯低于非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)，其平均含量僅是非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)成土母巖的0.70倍、0.81倍;而不同茶葉產(chǎn)區(qū)成土母巖中Al、Mg、Na含量水平相近。

進(jìn)一步對調(diào)查的貴州6大茶葉主產(chǎn)區(qū)土壤主要元素（Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se）含量分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表3、表4），富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)土壤中Mo、Cu、Mn、Zn、Fe、Ca含量均顯著高于非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)，其平均含量分別是非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)土壤的4.96倍、3.18倍、2.39倍、2.26倍、2.08倍和2.05倍;其次是Se、Mg、P、S、Al，其平均含量分別是非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)土壤的1.66倍、1.65倍、1.45倍、1.33倍和1.25倍;而不同茶葉產(chǎn)區(qū)土壤中K、Na含量水平基本一致。從土壤元素富集系數(shù)（土壤含量/母巖含量）來看，富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)土壤Zn、Se富集系數(shù)分別是1.82、1.29，而非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)土壤Zn、Se的富集系數(shù)分別是1.39、1.38，說明茶園土壤Zn、Se的含量水平主要受成土母巖中Zn、Se含量的影響?？梢?，地質(zhì)環(huán)境條件是決定茶園土壤Zn、Se含量是否能達(dá)到富Zn、Se土壤標(biāo)準(zhǔn)的主要因素，目前對土壤Se含量大于0.4 mg/kg、Zn含量大于80.0 mg/kg，則達(dá)到富鋅硒土壤等級[2，18]。在本研究調(diào)查區(qū)域范圍內(nèi)，“開陽富硒茶”產(chǎn)區(qū)土壤Zn、Se含量范圍分別是250～399 mg/kg、0.64～0.82 mg/kg;“鳳岡富鋅硒茶”產(chǎn)區(qū)土壤Zn、Se含量范圍分別是77～180 mg/kg、0.75～1.13 mg/kg;而“普安紅”名茶產(chǎn)區(qū)土壤Zn、Se含量范圍分別是50～179 mg/kg、0.64～1.24 mg/kg。從劉海燕等[11]對以貴州4個(gè)茶葉產(chǎn)地（貴定云霧山、都勻螺絲殼、鳳岡仙人嶺山、湄潭云貴山及核桃壩）生產(chǎn)的新鮮茶葉（貴定云霧茶、都勻毛尖、鳳岡鋅硒茶、湄潭翠芽）及土壤的Zn、Se含量的分析結(jié)果可知，各樣地土壤Zn、Se含量出現(xiàn)明顯的差異性，其中表層土壤Zn含量最高的是仙人嶺山（267.0 mg/kg），Zn含量最低的是云霧山（21.4 mg/kg）;而表層土壤Se含量最高的為云貴山（0.99 mg/kg），Se含量最低的是云霧山（0.10 mg/kg）。任明強(qiáng)等[4]對普安縣優(yōu)質(zhì)富硒茶及土壤環(huán)境調(diào)查，該區(qū)域茶園土壤Se含量達(dá)0.59～3.07 mg/kg，屬富硒-高硒土壤。此外，宋志雪等[12]對都勻螺絲殼茶園、大定茶園和團(tuán)山茶園土壤進(jìn)行調(diào)查及采樣分析，茶園土壤Se含量范圍在0.91～1.84 mg/kg，土壤Zn含量范圍在24.1～107.2 mg/kg，其中大定茶園土壤及茶葉Zn、Se的含量最高，而茶葉Zn、Se含量分別達(dá)到200.17 mg/kg、1.31 mg/kg，且茶園土壤Zn、Se含量和茶葉中的Zn、Se含量呈顯著性相關(guān)。據(jù)李娟等[13]對開陽縣境內(nèi)土壤進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域土壤Se含量范圍為0.12～2.430 mg/kg，均值為0.61 mg/kg。進(jìn)一步證明茶園土壤中Zn、Se含量水平與成土母巖存在密切的繼承性，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件（地層及巖性組合）對土壤中Zn、Se元素豐缺的影響起決定作用。

2.3 影響茶園土壤鋅硒含量的因素分析

不同區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件變化對茶園土壤Zn、Se含量產(chǎn)生明顯的影響，成土母巖是土壤中Zn、Se的主要來源，直接影響土壤中Zn、Se的含量水平與分布規(guī)律。本研究調(diào)查區(qū)內(nèi)茶園土壤（C層）Zn、Se含量與成土母巖的Zn、Se含量存在一定程度的正相關(guān)關(guān)系（n=18，相關(guān)系數(shù)分別為0.300、0.420）。此外，從土壤剖面A、B、C層中Zn、Se含量變化來看（表3、表4），茶園土壤Zn含量隨著土壤深度增加而增加，但土壤Se含量隨著深度的增加出現(xiàn)下降趨勢，說明土壤發(fā)育過程中Zn、Se等元素的遷移轉(zhuǎn)化也影響了不同土層中Zn、Se含量水平。另一方面，從調(diào)查區(qū)全部茶園土壤中Zn、Se含量與其他元素含量之間的相關(guān)分析結(jié)果看出（表5），土壤Zn含量與Al、Fe、Ca、Mg、Mn、Mo含量存在極顯著正相關(guān)，而土壤Se含量與Al、Fe、Cu、Mg、P、S含量存在極顯著正相關(guān)。茶園土壤中Zn、Se含量之間的相關(guān)性雖然未達(dá)到顯著相關(guān)水平，但也表現(xiàn)出一定的正相關(guān)性（n=54，相關(guān)系數(shù)為0.215），說明茶園土壤Zn、Se元素之間存在協(xié)同效應(yīng)。可見，茶園土壤Zn、Se含量水平不僅與成土母質(zhì)中Zn、Se含量有密切的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)還受到土壤其他元素含量水平的明顯影響，這種作用在成土母巖中沒有明顯表現(xiàn)。

然而，茶葉的Zn、Se含量水平受多種環(huán)境因素影響，同一區(qū)域茶樹吸收累積的Zn、Se量存在明顯的差別[18-22]。同一成土母巖發(fā)育的土壤Zn、Se含量水平還受土壤酸堿性、有機(jī)質(zhì)、質(zhì)地、水分及施肥管理等因素的影響[23-24]。由于茶樹能吸收利用的土壤Zn、Se是有效態(tài)的Zn、Se，土壤生物可利用態(tài)Zn、Se含量水平才是決定形成富鋅硒茶的重要因素。余文權(quán)等[7]對福建省60個(gè)典型茶園土壤全硒和有效硒含量及其影響因素進(jìn)行分析，茶園土壤全硒和有效硒與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，茶園土壤硒及有效性主要受土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的影響。張豪杰等[8]研究證實(shí)了富硒區(qū)茶葉全硒含量與土壤硒含量之間存在極顯著相關(guān)，而茶葉全硒含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量、水解性氮含量、鋅含量以及茶葉中硫、鋅含量存在顯著相關(guān)。周超等[6]研究結(jié)果表明，茶葉硒含量與土壤硒含量呈正相關(guān)，干旱脅迫會(huì)造成茶樹對土壤中硒的吸收速率降低。賀行良等[22]對青島嶗山茶園土壤微量元素研究表明，土壤有效量 Zn、Cu、Fe 與pH為負(fù)相關(guān)?？梢姡寥烙行B(tài)Zn、Se含量與pH、有機(jī)質(zhì)、粘粒、土壤大量元素之間存在明顯的相關(guān)性，特別是土壤pH直接影響土壤Zn、Se元素的存在狀態(tài)、轉(zhuǎn)化及其生物有效性。然而，目前研究證明土壤有效硒含量與土壤全硒含量的關(guān)聯(lián)性存在不明確性，不同成土母質(zhì)、土壤類型、植茶年限和海拔高度的茶園理化性質(zhì)差異較大，茶園土壤鋅、硒的有效性與遷移性存在較大的差異，而且不同區(qū)域茶園生產(chǎn)管理措施及施肥水平也存在差異[23-25]，這也是導(dǎo)致土壤及茶葉Zn、Se含量出現(xiàn)區(qū)域差異性的主要原因，這方面還需要進(jìn)行深入的探究。

3 結(jié)論

1）貴州富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)出露地層主要為寒武系、二疊系，巖性以粘土巖（泥巖）、頁巖、砂巖，其中還夾有石灰?guī)r和白云巖。貴州境內(nèi)不同茶葉主產(chǎn)區(qū)巖性組合具有多樣化分布的特點(diǎn)，而富鋅、硒土壤分布廣泛，為富鋅硒茶葉生產(chǎn)提供了良好的地質(zhì)環(huán)境。

2）貴州茶葉主產(chǎn)區(qū)成土母巖及其發(fā)育的土壤中主要元素（Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se）含量水平存在明顯的區(qū)域差異，富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)成土母巖中S、Ca、Fe、P、Mo、Zn、Se、Cu含量均高于非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)，其對應(yīng)的土壤中Mo、Cu、Mn、Zn、Fe、Ca、Se、Mg、P、S、Al含量都高于非富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)。

3）成土母巖的Zn、Se含量直接影響茶園土壤中Zn、Se的含量水平及分布規(guī)律，土壤其他元素含量水平也對土壤Zn、Se含量產(chǎn)生影響，土壤Zn含量與Al、Fe、Ca、Mg、Mn、Mo含量之間有極顯著正相關(guān)關(guān)系，而土壤Se含量與Al、Fe、Cu、Mg、P、S含量存在極顯著的正相關(guān)。不同地層上同一成土母巖發(fā)育的土壤Zn、Se含量也出現(xiàn)較大的差異，貴州境內(nèi)富鋅硒茶產(chǎn)區(qū)土壤主要元素地球化學(xué)組成存在明顯的空間異質(zhì)性。

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（責(zé)任編輯：曾 晶）

Abstract：

Through field surveys of typical tea gardens in different regions of Guizhou Province， representative tea gardens in each main tea area were selected to collect soil profile samples so that the geological environmental conditions and soil element geochemical characteristics of the zinc-selenium-rich tea areas were explored. The result show that there were significant regional differences in the contents of main elements in the host rock or soil of the main tea areas of Guizhou Province， by which the contents of S， Ca， Fe， P， and Mo in the host rock in the zinc-selenium-rich tea area were significantly higher than that in the non-zinc-selenium-rich tea area， followed by Zn， Se， Cu; and the contents of Mo， Cu， Mn， Zn， Fe， and Ca in the soils of the zinc-selenium-rich tea area were obviously higher than those in the non-zinc-selenium-rich tea area， followed by Se， Mg， P， S， and Al. Also， the content of Zn， Se in the host rock was directly affected by the content of Zn， Se in the soil， but the content of Zn or Se in the soil was affected by the contents of other elements， which there was a very significant positive correlation between Zn content and the content of Al， Fe， Ca， Mg， Mn， and Mo in the soil， and there was a very significant positive correlation between Se content and the content of Al， Fe， Cu， Mg， P， and S in the soil. There is obvious spatial heterogeneity for the geological environmental conditions and the geochemical composition of soil elements in the zinc-selenium-rich tea areas in Guizhou Province.

Key words：

zinc-selenium-rich tea; geological environmental conditions; soil elements composition; geochemical characteristics